日前,有媒體報道,一名英國男子在交通事故中面部嚴(yán)重受傷,醫(yī)院通過3D打印技術(shù),制造出與他原來相同模樣的骨骼和面頰,他從此可以繼續(xù)正常生活工作了。近兩年,這個出現(xiàn)在上個世紀(jì)八十年代的快速成型技術(shù),已得到超快速發(fā)展,應(yīng)用也從國防、醫(yī)療等尖端領(lǐng)域,到玩具、工藝品等民用領(lǐng)域,采用的材料有塑料、陶瓷,甚至還有細(xì)胞、金屬和食物,有些打印機還能結(jié)合不同介質(zhì)。
日前,幾位華商攝友來到西安交通大學(xué)曲江校區(qū)的快速制造國家工程研究中心,在增材制造(也就是3D打印技術(shù))實驗室里,見證了一匹工程塑料馬的誕生。
走進(jìn)增材制造實驗室,4臺光固化激光快速成型機比大衣柜小一點,工作中幾乎聽不出任何聲響。兩個技術(shù)人員看著電腦屏用鼠標(biāo)操控。這些大家伙身材大,作用也不一般。25歲的3D打印技術(shù)員許兵說,它對材料的利用率高,技術(shù)精度高。
光固化激光快速成型機適用的材料有光敏樹脂、沙子、生物陶瓷、金屬粉末和細(xì)胞,不同材料采用不同類型的打印機。
打印光敏樹脂是通過電腦控制,利用激光照射將液態(tài)樹脂逐層進(jìn)行掃描,使其產(chǎn)生光聚合反應(yīng),從而形成一個薄層截面。當(dāng)一層固化后,移動工作臺,在固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂,如此重復(fù)直到整個零件原型制造完畢。加工沙子、生物陶瓷和金屬粉末時,是通過激光燒結(jié)方式打印,不同材質(zhì)粉末燒結(jié)溫度會有所不同,比如鈦合金就要1200℃,金屬粉末高溫熔化再固化,之后層層累加而成的,制作的零件精度較高而且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
西安交大一位負(fù)責(zé)3D打印的工作人員說,光固化激光成型可用于國防軍工的風(fēng)洞實驗、模型制作、精密鑄造等;汽車或摩托車車燈試制,快速精密鑄造等;家用電器的機殼、電器接插件試制等;醫(yī)療的手術(shù)輔助,假肢,人造骨,牙齒矯正等。激光燒結(jié)成形制作的大尺寸砂型零件,可直接應(yīng)用于汽車和航空航天領(lǐng)域。這個實驗室里,還有兩個比微波爐大一些的透明箱子。許兵說,那也是進(jìn)行3D打印的設(shè)備,只不過是進(jìn)行工程塑料打印。箱子里有個噴頭快速地來回擺動,發(fā)出吱吱的聲音。噴頭上面連接著一條彩色的塑料線,220℃高溫噴頭下則有一個快完工的紅色立體模型。等噴頭下面的那個模具慢慢“長”大成型,原來是一匹“飛馬”。
這種設(shè)備是采用熱融技術(shù),其原理是將3D模型按照一定的算法進(jìn)行分層解析,然后控制噴頭分層運動,添加打印材料到噴頭,加熱后的材料融化后從噴頭擠出,然后固化成為物品結(jié)構(gòu)中的一層,經(jīng)過噴頭不斷移動擠出材料,無數(shù)層材料固化后就形成一個完整的物品。
經(jīng)過一段時間觀察,從表面看也沒發(fā)現(xiàn)這里面有什么神秘的。但其實,3D打印原理簡單,工藝卻很復(fù)雜,包含的技術(shù)含量很高,其實把3D打印機看成是產(chǎn)品制造機器人更容易理解。
快速制造技術(shù)最大的優(yōu)勢在于,它大大降低了產(chǎn)品開發(fā)成本和市場風(fēng)險,可以使產(chǎn)品開發(fā)周期縮短為傳統(tǒng)技術(shù)的三分之一至十分之一,費用則要比傳統(tǒng)方法節(jié)約30%甚至50%,機械加工效率提高三到五倍。但是,設(shè)備費用仍很高昂,何時能真正走入尋常百姓家,目前來看它仍需時日。
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